Возобновляемые источники энергии
В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, энергия биомассы, гидроэнергия, и другие «новые» виды возобновляемой энергии.
Принято условно разделять ВИЭ на две группы:
- традиционные: гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия.
- нетрадиционные: солнечная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микроГЭС, энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие «новые» виды возобновляемой энергии.
Достоинства неисчерпаемой и возобновляемой энергетики:
- повсеместное наличие нескольких видов ресурсов;
- прогрессирующая технология их использования;
- содействие энергетической безопасности и независимости государства;
- вклад в выполнение международных обязательств по сокращению выбросов ПГ;
- наличие перспектив для привлечения финансовой поддержки со стороны частного капитала.
Очевидно, что вся полученная и произведенная энергия рано или поздно выделится в виде тепла на поверхности Земли, что в принципе может повлиять на климат. Но пока еще энергия, производимая человеком, меньше чем 10 в степени - 4 от Солнечной энергии, достигающей поверхности Земли и постоянно переносимой энергии ветра. Таким образом, антропогенное влияние произведенной энергии, добавляющее лишь 0,01% к естественной энергии ветра и Солнца, слишком мало, чтобы оказать прямое влияние на климат. Тем не менее, по экологическим причинам будет происходить сокращение углеводородной энергетики и увеличение производства энергии из неисчерпаемых ресурсов. По оценкам Мирового Энергетического Совета (МИРЭС), потребление неисчерпаемых первичных ресурсов в мире к 2020 году вырастет на 56 процентов по сравнению с 2000 годом, причем быстрее будет расти потребление таких ресурсов, как ветровая, солнечная, геотермальная, гидроэнергия малых водотоков.
Солнечная энергия. Излучение Солнца для производства энергии приемлемо на большей части земного шара с некоторыми особенностями на экстремальных широтах Арктики, Аляски, Норвегии, Финляндии, Антарктиды. Средняя интенсивность энергии Солнца по отношению к поверхности Земли составляет 160 Вт/м2. Она в 4 тысячи раз превышает потребности человечества в энергии на уровне 2020 года, используется для производства электроэнергии и тепла. Установки небольшой мощности дают сегодня практически единственную возможность приобщить сельское население развивающихся стран к современной цивилизации. Суммарная мощность всех установленных в мире фотоэлектрических преобразователей превысила 500 МВт; в ряде стран приняты национальные программы по широкому их внедрению - (100 тысяч «солнечных крыш» в Германии и в Японии, 1 млн. «солнечных крыш» в США). При хорошем освещении стоимость выработанной преобразователями электроэнергии не превышает 15–20 центов за киловатт- час.
Она используется при расчете количества солнечных преобразователей, необходимых для покрытия нагрузки автономного объекта. Однако карта дает значение солнечной активности в безоблачные дни, реально же она может быть значительно ниже по климатическим причинам: облачность, осадки, наличие снега и пленки льда или пыли. Поэтому мощность солнечных батарей, определенную по данным карты, приходится произвольно увеличивать на несколько десятков процентов. Идеальна ли солнечная энергетика с технической и экономической точек зрения?
К сожалению, не совсем. Противоречивым является вопрос безопасности солнечных технологий для окружающей среды. Конечно, это не атомная или угольная энергетика и не использование нефти и газа, однако на данном этапе развития технологий при изготовлении солнечных батарей используются вещества, которые тем или иным образом могут навредить природе. Уже готовые фотоэлементы содержат ядовитые вещества такие, как свинец, кадмий, галлий, мышьяк. После исчерпания срока службы преобразователей или при выходе их из строя возникает проблема последующей переработки модулей, а решение вопроса их утилизации до сих пор не найдено. Особенностью получения электрической энергии от Солнца является периодичность. Солнечные системы не способны работать ночью, а вечером и в утренних сумерках эффективность станций падает в несколько раз. Серьезное влияние оказывают и погодные факторы. «Подводным камнем» функционирования современных «солнечных ферм» является проблема технической поддержки и обслуживания. Интенсивный нагрев фотоэлементов существенно снижает эффективность системы в целом, поэтому здесь нужно предусматривать охлаждение модулей, солнечные батареи необходимо периодически чистить от пыли, грязи и снега, ориентировать на Солнце. В установках площадью несколько квадратных километров с этим возникают значительные сложности. У идеальной, на первый взгляд, технологии добычи энергии сегодня имеется целый ряд недостатков, однако можно быть уверенными в том, что это всего лишь индикатор совершенствования солнечной энергетики. Каждый день технологического прогресса сможет искоренять один недостаток за другим, поэтому это вопрос времени. Солнечная установка мощностью 1 кВт окупается только на 14-15-м году работы, а это, по сравнению с тепловыми или ветровыми станциями электростанциями, довольно долго. К проблемам солнечной энергетики относится также необходимость уточнение карты Солнечной активности конкретных регионов в разрезе сезонов, месяцев, суток.
Энергия ветра. Энергия ветра пропорциональна его скорости в третьей степени, а возможность ее использования зависит от конструкции ветродвигателя, его способности брать энергию от воздушных течений при непрерывном изменении их направления, скорости и переносимой энергии. Большое влияние на характеристики ветра в приземном слое оказывает рельеф местности – горы, долины, пустыни, океаны и моря, растительность и строения.
Главная проблема ветроэнергетики - недостаточная изученность ветра как энергоносителя, повторяемости его скорости, смены направления и переносимой энергии, дислокации энергоресурсов по территории.
Тем не менее, общая мощность ветровых турбин, работающих в составе энергосистем в различных частях мира, составляет около 180000 МВт. Они являются ценным дополнением к крупным электростанциям. Наиболее распространенными для системного использования являются ветровые агрегаты мощностью 1 МВт и более. Ветрогенераторы автономных систем имеют мощность от десятков ватт до 10-15 кВт.
Ветровая энергетика характеризуется следующими технико-экономическими показателями:
- при скорости ветра 7,5-8 м/с стоимость электроэнергии ВЭС сопоставима со стоимостью угольной электроэнергии;
- при скорости ветра 8,5-9,5 м/с стоимость электроэнергии ВЭС сопоставима со стоимостью газовой электроэнергии.
В областях, где средняя скорость ветра составляет, по крайней мере, двадцать километров в час (5,5 м/с), получение электроэнергии с помощью ветровых турбин может конкурировать с другими способами производства, например, угольным или ядерным.
В перспективе стоимость электроэнергии ВЭС прогнозируется ниже стоимости традиционной электроэнергии, включающей гидроэлектростанции.
Энергосистема, имеющая нерегулируемые источники энергии, - ветроэлектростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), должна компенсировать изменения мощности этих станций другими источниками (ГЭС, ТЭС, АЭС). Считается, что во избежание изменений параметров энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, 20-25% (по мощности), хотя уже есть примеры энергосистем, содержащих более 70% ветроэлектростанций.
Проблемными вопросами пропеллерных ветроэлектростанций являются визуальное засорение больших территорий, раздражение животных и снижение их продуктивности, аэродинамический шум, большой уровень потребления энергии на собственные нужды – поворот лопастей и всего агрегата на ветер, электромагнитные помехи, большая площадь отчуждаемой территории под установку ВЭС, низкий коэффициент использования установленной мощности в условиях резко переменных материковых ветров.
Решение проблемы поиска мест, где ветровые генераторы могут успешно работать в какой – то мере решается с помощью ветрового атласа, где на основе стандартных методик нанесены зоны с разной среднегодовой ветровой активностью. Однако реальный ветропотенциал конкретного места должен уточняться путем его измерения в течение, по крайней мере, года.
